Procesamiento de Señales e Imagenes

Ingeniería Biomédica

Ph.D. Pablo Eduardo Caicedo Rodríguez

2025-09-08

La Gran Pregunta

Nota

¿Y si tu celular pudiera detectar una enfermedad cardíaca con solo tocarlo?

¿Y si una computadora pudiera ver un tumor que el ojo humano más experto aún no distingue?

Bienvenida

Procesamiento de señales e imágenes
De los sonidos y las fotos a la salud y la tecnología.

Nuestro Viaje de Hoy

  1. Los Lenguajes Secretos del Cuerpo: Descubriremos las señales eléctricas que nos mantienen vivos.

  2. Una Imagen Vale Más que Mil Pruebas: Veremos cómo convertimos el interior del cuerpo en imágenes.

  3. El Truco de Magia: ‘Procesar’: Aprenderemos a limpiar y mejorar estos datos para encontrar pistas.

  4. ¡Tu Turno! Conviértete en Ingeniero/a Biomédico/a: Realizarán análisis reales en nuestro laboratorio digital.

¿Qué es una Señal? Información en Movimiento

Una señal es simplemente información que cambia con el tiempo.

La Sinfonía Eléctrica del Cuerpo

El Electrocardiograma (ECG) es el ritmo del corazón, nuestro tambor principal.

Señal de ECG ideal, mostrando el patrón rítmico del corazón.

¿Qué nos dice el ECG?

  • ¿Cuál es el ritmo cardíaco?
  • ¿El corazón late muy rápido o muy lento?
  • ¿Hay alguna parte que no funciona en armonía?
  • Permite diagnosticar problemas y salvar vidas.

El Desafío: Encontrar la Señal en el Ruido

Una señal de ECG real a menudo está contaminada con ruido.

La Solución: Cancelación de Ruido Digital

Señal Ruidosa (Original)

Señal Filtrada (Limpia)

¿Qué es una Imagen? Una Pintura por Números

Los Números (Píxeles)

Matriz de números que representa una imagen simple.

La Imagen Resultante

La imagen en escala de grises generada por la matriz de números.

Una Ventana Hacia el Cuerpo

Radiografía (Rayos X) Ideal para ver estructuras densas como los huesos.

Ejemplo de una radiografía de tórax.

Resonancia Magnética (MRI) Perfecta para ver tejidos blandos como el cerebro.

Ejemplo de una resonancia magnética cerebral.

El Desafío: Hacer Visible lo Invisible

Una imagen médica con bajo contraste donde los detalles son difíciles de ver.

La Solución: Resaltadores Digitales

Imagen Original

Imagen Mejorada

Áreas de aplicación del procesamiento de señales e imágenes

  • Diagnóstico automatizado
    Identificación de enfermedades en ECG, EEG o imágenes médicas.

  • Monitoreo en tiempo real
    Vigilancia en UCI con señales continuas de corazón, respiración y cerebro.

  • Telemedicina
    Transmisión y compresión de señales para consultas a distancia.

  • Rehabilitación y prótesis inteligentes
    Uso de señales EMG para controlar prótesis y exoesqueletos.

  • Detección temprana de eventos críticos
    Anticipación de arritmias, crisis epilépticas o caídas.

  • Biometría y seguridad
    Reconocimiento de voz, rostro o iris.

  • Imagenología avanzada
    Segmentación de órganos o tumores en 3D para cirugía o radioterapia.

  • Entretenimiento y multimedia
    Filtros en fotos y videos, mejora de audio y realidad aumentada.

Invitación

Invitación

Parte IV: ¡Tu Turno! Laboratorio Digital

Nuestras Herramientas

Vamos a usar este mismo documento como nuestro cuaderno de laboratorio digital.

  • Verán bloques de código en Python.
  • No necesitan ser expertos. El código ya está escrito.
  • Su misión: ejecutarlo (con el botón de play ►), observar los resultados e incluso experimentar cambiando algunos valores.

¡Vamos a hacer ciencia de verdad!

Misión 1: ¡De Números a Dibujos! 📝

Objetivo: Comprender que las imágenes son, en el fondo, solo listas de números e instrucciones.

Materiales: Una hoja de papel cuadriculado y un lápiz.

Instrucciones (Parte A - La Imagen Misteriosa):

En una hoja resalta los números pares y los primos permitiendo ver el mensaje secreto.

Misión 2: ¡De Números a Dibujos! 📝

Objetivo: Comprender que las señales e imágenes son, en el fondo, solo listas de números e instrucciones.

Materiales: Una hoja de papel cuadriculado y un lápiz.

Instrucciones (Parte A - La Señal Misteriosa):

  1. En tu hoja, dibuja un eje: el horizontal se llama “Tiempo” (de 1 a 10) y el vertical “Valor” (de 1 a 10).
  2. Te daré pares de números (Tiempo, Valor). Dibuja un punto en cada coordenada.
  3. Coordenadas: (1, 2), (2, 4), (3, 6), (4, 8), (5, 6), (6, 4), (7, 2), (8, 4), (9, 6), (10, 8).
  4. Une los puntos en orden. ¿Qué letra o forma simple has dibujado?

Instrucciones (Parte B - La Imagen Secreta):

  1. En otra parte de tu hoja, dibuja una cuadrícula de 8x8.
  2. Te daré coordenadas (fila, columna) que debes rellenar o colorear. La fila 1 es la de arriba, la columna 1 es la de la izquierda.
  3. Píxeles a colorear:
    • Fila 2: Columnas 3, 4, 5, 6
    • Fila 3: Columnas 2, 7
    • Fila 4: Columnas 2, 4, 5, 7
    • Fila 5: Columnas 2, 7
    • Fila 6: Columnas 3, 6
    • Fila 7: Columnas 4, 5
  4. Aléjate un poco… ¿Qué imagen has creado?

Misión 3: Rescatar un Latido

El Reto: Hemos recibido la señal de ECG de un paciente, pero está llena de ruido. Es imposible para un médico leerla así.

Tu Tarea: Ejecuta el código de abajo para aplicar un filtro digital y limpiar la señal. ¡El diagnóstico del paciente depende de ti!

Mostrando la señal original recibida del paciente...


¡Filtro aplicado! Mostrando la señal recuperada...

Misión 4: Mapear el Cerebro

El Reto: Tenemos una imagen de resonancia magnética. Para estudiarla, un neurólogo necesita ver claramente los contornos de las diferentes estructuras.

Tu Tarea: Ejecuta el código para aplicar un filtro de ‘detección de bordes’ y crear un mapa de los contornos del cerebro.

Cargando imagen de resonancia magnética...
¡Filtro de bordes aplicado! Mostrando comparación...

¡Lo Lograron! {background-color=“#006400” title-block-banner-color blue}

¿Preguntas?

¡Gracias!